เคารพโรเบิร์ตเด็นนาร์ดพ่อของดรัม

สารบัญ

• เคารพ Robert Dennard พ่อแห่ง DRAM
• จาก DRAM ถึง MOSFET Scaling

ไม่ใช่ทุกคนที่มีโอกาสได้รับความเป็นอมตะจากความสำเร็จหนึ่งเดียวในอาชีพการงานของพวกเขา ดร. โรเบิร์ตเดนนาร์ดมีสองโอกาส - และด้วยเหตุนี้โลกเทคโนโลยีจึงกลายเป็นผู้นำอย่างยิ่งในทุกวันนี้

นอกเหนือจากการคิดค้นกระบวนการพื้นฐานสำหรับหน่วยความจำเข้าถึงโดยพลวัตแบบไดนามิกที่รู้จักกันดีในชื่อ DRAM แล้วเดนนาร์ดยังเสนอทฤษฎีการปรับขนาดที่ทำให้สามารถย่อความยาวของช่องสัญญาณของทรานซิสเตอร์ภาคสนามของโลหะออกไซด์ของเซมิคอนดักเตอร์หรือ MOSFET ได้ ก่อนที่จะคิดว่าเป็นไปได้ - ตอนนี้เป็นเพียงไม่กี่นาโนเมตร

สำหรับความสำเร็จทั้งสองอย่างนี้ซึ่งเกิดขึ้นภายในประมาณทศวรรษแรกของอาชีพที่ทอดยาวกว่า 50 ปีเดนนาร์ดได้รับรางวัลเกียวโตประจำปี 2556 ผู้สมควรได้รับรางวัลเทคโนโลยีขั้นสูงเมื่อเดือนพฤศจิกายนปีที่ผ่านมา ของขวัญเงินสด 50 ล้านเยน (ประมาณ 500, 000 ดอลลาร์) และประกาศนียบัตร "เพื่อรับรู้ถึงการมีส่วนร่วมในสังคมตลอดชีวิต" แต่เดนนาร์ดที่พูดกับฉันเมื่อต้นสัปดาห์ที่ผ่านมาจากซานดิเอโกซึ่งเขาถูก feted และบรรยายในฐานะเป็นส่วนหนึ่งของการประชุม Kyoto Prize Symposium ไม่ได้เริ่มต้นด้วยแรงบันดาลใจอันสูงส่งเช่นนี้

วิศวกรรมวิศวกร

หลังจากเกิดที่ Terrell เท็กซัสในปี 1932 และได้รับวิทยาศาสตรบัณฑิตและปริญญาโทสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าจาก Southern Methodist University ในช่วงกลางยุค 50 และปริญญาเอกของเขาในสาขาเดียวกันจาก Carnegie Technical Institute (ปัจจุบันคือ Carnegie Mellon University) ในปี 1958 เขาเข้าร่วม IBM ในฐานะวิศวกรพนักงานในฝ่ายวิจัยของ IBM ซึ่งเขายอมรับว่าจุดเริ่มต้นของเขานั้นต่ำต้อย

“ ฉันเพิ่งจะเรียนรู้หลักการพื้นฐานและได้รับสิ่งที่เป็นการศึกษาในวงกว้าง แต่ไม่มากนัก” เขากล่าว “ หลอดสุญญากาศนั่นคือสิ่งที่เราได้รับการสอนสิ่งที่เราได้รับการสอนนั้นถูกแทนที่โดยสิ้นเชิงมันเป็นช่วงเปลี่ยนผ่านที่ยอดเยี่ยมที่ฉันมีโอกาสได้อยู่อีกด้านหนึ่งของสิ่งนี้”

แต่เห็นได้ชัดว่ามีโอกาสมากมายสำหรับคนที่อยู่แถวหน้าของเทคโนโลยีนี้ “ เราเริ่มต้นทันทีที่ฝันถึงสิ่งที่คอมพิวเตอร์สามารถทำได้” เขากล่าว “ นั่นคือสาเหตุที่พวกเขาจ้างเราคอมพิวเตอร์เริ่มทำงาน แต่เราเพิ่งผ่านหลอดสุญญากาศ - เครื่องมือทรานซิสเตอร์ตัวแรกถูกออกแบบขึ้นมามีสิ่งใหม่นี้คือไดโอดอุโมงค์หรือไดโอด Esaki ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น เราติดตามทางเลือกที่แตกต่างกันมากมายกับคอมพิวเตอร์แปลก ๆ บางอย่างใช้คอมพิวเตอร์ด้วยไมโครเวฟ แต่ในที่สุดฉันก็มีโอกาสได้เข้าร่วมโปรแกรมไมโครอิเล็กทรอนิคส์และพัฒนาเทคโนโลยี MOS ที่กลายเป็น CMOS ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่โดดเด่นในปัจจุบัน "

DRAM ที่เพิ่มขึ้น

ขั้นแรกสรุปสั้น ๆ : โดยปกติ MOSFETs จะมีทรานซิสเตอร์สองประเภทที่แตกต่างกันคือ NMOS (n-channel) ซึ่งจะเป็นช่องทางนำไฟฟ้าและจะเปิดทรานซิสเตอร์เมื่อมีแรงดันบวกที่ขั้วไฟฟ้าเกทหรือ PMOS (p-channel) ) ซึ่งจะตรงกันข้าม ในปี 1963 Frank Wanlass ของ Fairchild Semiconductor ดัดแปลงงานนี้เป็น CMOS (MOS เสริม) ซึ่งเป็นการออกแบบวงจรรวมที่ใช้ทรานซิสเตอร์ทั้งสองชนิดเพื่อสร้างประตูที่ไม่ใช้พลังงานเลยจนกระทั่งสวิตช์เปลี่ยน

แม้ว่าความก้าวหน้าของ Wanlass (เขาพัฒนาวงจรรวม MOS เชิงพาณิชย์เครื่องแรกในปี 1963) ในที่สุดก็จะพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในการกำหนดระบบความจำของ Dennard แต่ Dennard ไม่ได้ใช้เส้นทางที่ตรงไปตรงมาถึงจุดนั้น RAM ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นที่สำหรับเก็บข้อมูลชั่วคราวในกระบวนการคำนวณนั้นมีการใช้งานในช่วงกลางทศวรรษที่ 1960 แต่เป็นระบบที่ยุ่งยากและใช้พลังงานมากสำหรับสายไฟและแม่เหล็กที่ทำให้การใช้งานส่วนใหญ่เป็นเรื่องยาก เมื่อเดนนาร์ดนึกถึงปัญหาในเดือนธันวาคม 2509 มันใช้เวลาไม่นานสำหรับการเปลี่ยนแปลง

"ฉันมีพื้นหลังเป็นแม่เหล็กมากกว่าที่เคยทำในเซมิคอนดักเตอร์" เขากล่าว "ฉันได้ยินการพูดคุยเกี่ยวกับสิ่งที่พวกแม่เหล็กกำลังพยายามทำเพื่อขยายเทคโนโลยีพวกเหล่านี้กำลังผลิตสิ่งที่มีต้นทุนต่ำจริง ๆ ในเรื่องทั้งหมดนี้โดยไปที่เทคโนโลยีลามิเนต … ฉันประหลาดใจว่าเป็นอย่างไร สิ่งนี้ง่ายเมื่อเทียบกับอุปกรณ์หก-MOS ที่เราใช้ทำสิ่งเดียวกันฉันยังคงคิดอย่างนั้นตอนที่ฉันกลับบ้านในเย็นวันนั้นพวกเขามีสายไฟสองสามสายและของเรามีสี่ห้าหรือหก สายเชื่อมต่อสิ่งของเข้าด้วยกันมีวิธีพื้นฐานมากกว่านี้ไหม? "

"ทรานซิสเตอร์ MOS นั้นโดยทั่วไปแล้วกิ๊กของมันจะเป็นตัวเก็บประจุ" เดนนาร์ดกล่าวต่อ "ประตูของทรานซิสเตอร์สามารถเก็บประจุได้และถ้าคุณไม่ทำให้มันรั่วไหลมันก็จะอยู่ที่นั่นนานมาก" ดังนั้น Dennard ให้เหตุผลว่ามันควรจะเป็นไปได้ที่จะเก็บข้อมูลไบนารีทั้งประจุบวกหรือประจุลบในตัวเก็บประจุ "ฉันเป็นหลักในตอนเย็นที่พัฒนาเซลล์ DRAM สองหรือสามทรานซิสเตอร์ แต่ฉันไม่มีความสุขที่จะตัดจากทรานซิสเตอร์หกตัวเป็นทรานซิสเตอร์เพียงสามตัวทำไมฉันไม่ได้อะไรที่ง่ายกว่านี้ฉันไม่ต้องการ เพื่อใส่ทรานซิสเตอร์ตัวที่สาม "

"ฉันใช้เวลาสองสามเดือนในการวิเคราะห์สิ่งนี้และวิธีการทำงานและพยายามหาวิธีที่ดีกว่าและวันหนึ่งฉันค้นพบว่าฉันสามารถเขียนเซลล์หน่วยความจำนี้ผ่านทรานซิสเตอร์ตัวแรกซึ่งเป็นพื้นฐานจริงๆในตัวเก็บประจุ - แต่ จากนั้นฉันก็สามารถเปิดทรานซิสเตอร์นี้อีกครั้งและปล่อยมันลงในสายข้อมูลดั้งเดิมที่มาจากนั้นไม่ได้ก่อนหน้านี้ แต่มันทำงานกับทรานซิสเตอร์ MOS ฉันมีความสุขกับผลลัพธ์นั้น "